ในทฤษฎีวงจร ไฟฟ้า พอร์ตคือคู่ของขั้วต่อที่เชื่อมต่อเครือข่ายไฟฟ้าหรือวงจรไฟฟ้า กับวงจรภายนอก ทำหน้าที่เป็นจุดเข้าหรือออกของพลังงานไฟฟ้าพอร์ตประกอบด้วยสองโหนด (ขั้วต่อ) ที่เชื่อมต่อกับวงจรภายนอกซึ่งตรงตามเงื่อนไขของพอร์ต กล่าวคือกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าสู่สองโหนดต้องเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม

การใช้พอร์ตช่วยลดความซับซ้อนของการวิเคราะห์วงจรอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และบล็อกวงจรทั่วไปหลายอย่าง เช่นทรานซิสเตอร์หม้อแปลงตัวกรองอิเล็กทรอนิกส์และเครื่องขยายเสียงจะถูกวิเคราะห์ในแง่ของพอร์ต ในการวิเคราะห์เครือข่ายแบบหลายพอร์ตวงจรจะถูกมองว่าเป็น " กล่องดำ " ที่เชื่อมต่อกับโลกภายนอกผ่านพอร์ต พอร์ตเป็นจุดที่ป้อนสัญญาณอินพุตหรือรับสัญญาณเอาต์พุต พฤติกรรมของวงจรถูกกำหนดอย่างสมบูรณ์โดยเมทริกซ์ของพารามิเตอร์ที่เชื่อมโยงแรงดันและกระแสที่พอร์ต ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องพิจารณาหรือแม้แต่ทราบโครงสร้างภายในหรือการออกแบบของวงจรในการกำหนดการตอบสนองของวงจรต่อสัญญาณที่ป้อนเข้ามา

แนวคิดเรื่องพอร์ตสามารถขยายไปใช้กับท่อนำคลื่นได้แต่คำจำกัดความในแง่ของกระแสไฟฟ้านั้นไม่เหมาะสม และต้องคำนึงถึง ความเป็นไปได้ของการมี โหมดท่อนำคลื่น หลายโหมดด้วย

โหนดใดๆ ของวงจรที่สามารถเชื่อมต่อกับวงจรภายนอกได้เรียกว่า ขั้ว (หรือเทอร์มินัลหากเป็นวัตถุทางกายภาพ) เงื่อนไขพอร์ตคือ ขั้วคู่หนึ่งของวงจรจะถือว่าเป็นพอร์ตก็ต่อเมื่อกระแสที่ไหลเข้าสู่ขั้วหนึ่งจากภายนอกวงจรเท่ากับกระแสที่ไหลออกจากขั้วอีกขั้วหนึ่งเข้าสู่วงจรภายนอก หรือเทียบเท่ากัน ผลรวมทางพีชคณิตของกระแสที่ไหลเข้าสู่ขั้วทั้งสองจากวงจรภายนอกต้องเป็นศูนย์^{[ 1 ]}

ไม่สามารถระบุได้ว่าคู่ของโหนดใดตรงตามเงื่อนไขพอร์ตหรือไม่ โดยการวิเคราะห์คุณสมบัติภายในของวงจรเอง เงื่อนไขพอร์ตขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อภายนอกของวงจรโดยสิ้นเชิง สิ่งที่เป็นพอร์ตภายใต้สถานการณ์ภายนอกชุดหนึ่ง อาจไม่ใช่พอร์ตภายใต้สถานการณ์ภายนอกอีกชุดหนึ่ง ลองพิจารณาวงจรตัวต้านทานสี่ตัวในรูปเป็นตัวอย่าง หากต่อตัวสร้างสัญญาณเข้ากับคู่ขั้ว (1, 2) และ (3, 4) คู่ขั้วทั้งสองนี้จะเป็นพอร์ต และวงจรจะเป็นตัวลดทอนสัญญาณแบบกล่องในทางกลับกัน หากต่อตัวสร้างสัญญาณเข้ากับคู่ขั้ว (1, 4) และ (2, 3) คู่ขั้วเหล่านั้นจะเป็นพอร์ต คู่ขั้ว (1, 2) และ (3, 4) จะไม่ใช่พอร์ตอีกต่อไป และวงจรจะเป็นวงจรบริดจ์

เป็นไปได้ที่จะจัดเรียงอินพุตเพื่อให้ไม่มีคู่ขั้วใดตรงตามเงื่อนไขของพอร์ต อย่างไรก็ตาม สามารถจัดการกับวงจรดังกล่าวได้โดยการแบ่งขั้วหนึ่งหรือมากกว่านั้นออกเป็นขั้วแยกหลายขั้วที่เชื่อมต่อกับโหนดเดียวกัน หากมีเพียง ขั้วต่อ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ภายนอกเพียงขั้วเดียว ที่เชื่อมต่อกับแต่ละขั้ว (ไม่ว่าจะเป็นขั้วแยกหรือไม่ก็ตาม) วงจรก็สามารถวิเคราะห์ได้อีกครั้งในแง่ของพอร์ต การจัดเรียงที่พบได้บ่อยที่สุดในประเภทนี้คือการกำหนดให้ขั้วหนึ่งของ วงจร nขั้วเป็นขั้วร่วมและแบ่งออกเป็นn −1 ขั้ว รูปแบบหลังนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับโท โพโลยี วงจรที่ไม่สมดุลและวงจรที่ได้จะมีn −1 พอร์ต

โดยทั่วไปแล้ว เป็นไปได้ที่จะมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อกับขั้วทุกคู่ นั่นคือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ⁿ C ₂เครื่อง ดังนั้นแต่ละขั้วจะต้องถูกแบ่งออกเป็นn −1 ขั้ว ตัวอย่างเช่น ในตัวอย่างรูป (c) ถ้าขั้วที่ 2 และ 4 ถูกแบ่งออกเป็นสองขั้วแต่ละขั้ว วงจรจะสามารถอธิบายได้ว่าเป็นวงจร 3 พอร์ต อย่างไรก็ตาม ยังสามารถเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับคู่ขั้ว(1, 3) , (1, 4)และ(3, 2)ทำให้ มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมด ⁴ C ₂ = 6เครื่อง และวงจรจะต้องถือว่าเป็นวงจร 6 พอร์ต

วงจรสองขั้วใดๆ รับประกันว่าจะตรงตามเงื่อนไขพอร์ตตามกฎกระแสของ Kirchhoffและดังนั้นจึงเป็นอุปกรณ์พอร์ตเดียวโดยไม่มีเงื่อนไข^{[ 1 ]}องค์ประกอบทางไฟฟ้า พื้นฐานทั้งหมด( ตัวเหนี่ยวนำตัวต้านทานตัวเก็บประจุแหล่งจ่ายแรงดันแหล่งจ่ายกระแส ) เป็นอุปกรณ์พอร์ตเดียว

การศึกษาพอร์ตเดียวเป็นส่วนสำคัญของพื้นฐานการสังเคราะห์เครือข่ายโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการออกแบบตัวกรองพอร์ตเดียวสององค์ประกอบ (นั่นคือวงจรRC , RLและ LC ) สังเคราะห์ได้ง่ายกว่ากรณีทั่วไป สำหรับพอร์ตเดียวสององค์ประกอบสามารถใช้รูปแบบมาตรฐานของ Fosterหรือรูปแบบมาตรฐานของ Cauer ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วงจร LCได้รับการศึกษาเนื่องจากไม่มีการสูญเสียและมักใช้ใน การ ออกแบบตัวกรอง^{[ 2 ]}

วงจรสองพอร์ตเชิงเส้นได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง และมีวิธีการแสดงผลมากมายหลายวิธี หนึ่งในวิธีการแสดงผลเหล่านั้นคือพารามิเตอร์ zซึ่งสามารถอธิบายได้ในรูปแบบเมทริกซ์ดังนี้:

${\displaystyle {\begin{bmatrix}V_{1}\\V_{2}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}z_{11}&z_{12}\\z_{21}&z_{22}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}I_{1}\\I_{2}\end{bmatrix}}}$

โดยที่Vn _และ Inคือแรงดันและกระแสที่พอร์ตn ตามลำดับ คำอธิบายอื่นๆ ส่วนใหญ่ของอุปกรณ์สองพอร์ตก็สามารถอธิบายได้ด้วยเมทริกซ์ที่คล้ายกัน แต่มีการจัดเรียงเวกเตอร์คอลัมน์ของแรงดันและกระแส_ที่แตกต่างกัน

วงจรพื้นฐานที่มีพอร์ตสองพอร์ตโดยทั่วไป ได้แก่วงจรขยายสัญญาณ วงจรลดทอนสัญญาณและวงจรกรองสัญญาณ

โดยทั่วไป วงจรสามารถประกอบด้วยพอร์ตจำนวนเท่าใดก็ได้—เรียกว่ามัลติพอร์ต พารามิเตอร์แบบสองพอร์ตบางส่วน แต่ไม่ใช่ทั้งหมด สามารถขยายไปสู่มัลติพอร์ตได้ตามต้องการ ในบรรดาเมทริกซ์ที่ใช้แรงดันและกระแส เมทริกซ์ที่สามารถขยายได้คือพารามิเตอร์ z และพารามิเตอร์ yอย่างไรก็ตาม ทั้งสองอย่างนี้ไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ ความถี่ ไมโครเวฟเนื่องจากแรงดันและกระแสไม่สะดวกต่อการวัดในรูปแบบที่ใช้ตัวนำ และไม่มีความเกี่ยวข้องเลยใน รูปแบบ ท่อนำคลื่น ในทางกลับกัน จะใช้ พารามิเตอร์ sที่ความถี่เหล่านี้ และพารามิเตอร์เหล่านี้ก็สามารถขยายไปสู่พอร์ตจำนวนเท่าใดก็ได้เช่นกัน^{[ 3 ]}

วงจรบล็อกที่มีพอร์ตมากกว่าสองพอร์ต ได้แก่ตัวเชื่อมต่อทิศทาง (directional couplers) , ตัวแยกกำลัง (power splitters), ตัวหมุนเวียน (circulators), ตัวแยกสัญญาณสองทาง (diplexers), ตัวแยกสัญญาณสองทาง (duplexers), ตัวรวมสัญญาณ (multiplexers), ไฮบริด ( hybrids ) และตัวกรองทิศทาง ( directional filters )

โทโพโลยีวงจร RFและไมโครเวฟโดยทั่วไปเป็นโทโพโลยีวงจรที่ไม่สมดุล เช่นโคแอกเซียลหรือไมโครสตริปในรูปแบบเหล่านี้ ขั้วหนึ่งของแต่ละพอร์ตในวงจรจะเชื่อมต่อกับโหนดร่วม เช่นระนาบกราวด์ในการวิเคราะห์วงจรจะถือว่าขั้วร่วมทั้งหมดเหล่านี้มีศักย์ไฟฟ้า เท่ากัน และกระแสที่ไหลเข้าหรือไหลออกจากระนาบกราวด์จะมีค่าเท่ากันและทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสที่ไหลเข้าขั้วอื่นของพอร์ตใดๆ ในโทโพโลยีนี้ พอร์ตจะถูกมองว่าเป็นเพียงขั้วเดียว ขั้วสมดุลที่สอดคล้องกันจะถูกจินตนาการว่ารวมอยู่ในระนาบกราวด์^{[ 4 ]}

แบบจำลองพอร์ตแบบขั้วเดียวจะเริ่มใช้ไม่ได้ผลหากมีกระแสวนในระนาบกราวด์มากเกินไป สมมติฐานในแบบจำลองคือระนาบกราวด์เป็นตัวนำไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบและไม่มีความต่างศักย์ระหว่างสองตำแหน่งบนระนาบกราวด์ ในความเป็นจริง ระนาบกราวด์ไม่ได้เป็นตัวนำไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบ และกระแสวนในนั้นจะทำให้เกิดความต่างศักย์ หากมีความต่างศักย์ระหว่างขั้วร่วมของสองพอร์ต เงื่อนไขของพอร์ตจะเสียไปและแบบจำลองจะไม่ถูกต้อง

แนวคิดของพอร์ตสามารถขยาย (และได้ขยาย) ไปยัง อุปกรณ์ นำคลื่นได้แต่พอร์ตไม่สามารถกำหนดได้อีกต่อไปในแง่ของขั้ววงจร เนื่องจากในท่อนำคลื่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้ถูกนำทางโดยตัวนำไฟฟ้า แต่ถูกนำทางโดยผนังของท่อนำคลื่น ดังนั้น แนวคิดของขั้วตัวนำวงจรจึงไม่มีอยู่ในรูปแบบนี้ พอร์ตในท่อนำคลื่นประกอบด้วยช่องเปิดหรือรอยแตกในท่อนำคลื่นซึ่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถผ่านได้ ระนาบที่จำกัดซึ่งคลื่นผ่านคือคำจำกัดความของพอร์ต^{[ 4 ]}

ท่อนำคลื่นมีความซับซ้อนเพิ่มเติมในการวิเคราะห์พอร์ต เนื่องจากเป็นไปได้ (และบางครั้งก็เป็นที่ต้องการ) ที่ จะมี โหมดท่อนำคลื่น มากกว่าหนึ่ง โหมดในเวลาเดียวกัน ในกรณีเช่นนี้ สำหรับแต่ละพอร์ตทางกายภาพ จะต้องเพิ่มพอร์ตแยกต่างหากลงในแบบจำลองการวิเคราะห์สำหรับแต่ละโหมดที่มีอยู่ในพอร์ตทางกายภาพนั้น^{[ 5 ]}

แนวคิดของพอร์ตสามารถขยายไปสู่โดเมนพลังงานอื่นได้ คำจำกัดความทั่วไปของพอร์ตคือสถานที่ที่พลังงานสามารถไหลจากองค์ประกอบหรือระบบย่อยหนึ่งไปยังองค์ประกอบหรือระบบย่อยอื่นได้^{[ 6 ]} มุมมองทั่วไปของแนวคิดพอร์ตนี้ช่วยอธิบายว่าเหตุใดเงื่อนไขของพอร์ตจึงถูกกำหนดไว้เช่นนั้นในการวิเคราะห์ทางไฟฟ้า หากผลรวมทางพีชคณิตของกระแสไม่เป็นศูนย์ เช่นในแผนภาพตัวอย่าง (c) พลังงานที่ส่งมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าภายนอกจะไม่เท่ากับพลังงานที่เข้าสู่คู่ขั้ววงจร การถ่ายโอนพลังงาน ณ สถานที่นั้นจึงซับซ้อนกว่าการไหลอย่างง่ายจากระบบย่อยหนึ่งไปยังอีกระบบย่อยหนึ่ง และไม่ตรงกับคำจำกัดความทั่วไปของพอร์ต

แนวคิดพอร์ตมีประโยชน์อย่างยิ่งในกรณีที่มีโดเมนพลังงานหลายโดเมนเกี่ยวข้องในระบบเดียวกัน และจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ที่เป็นเอกภาพและสอดคล้องกัน เช่นการเปรียบเทียบเชิงกล-ไฟฟ้าหรือการวิเคราะห์กราฟพันธะ^{[ 7 ]} การเชื่อมต่อระหว่างโดเมนพลังงานทำได้โดยใช้ทรานสดิวเซอร์ทรานสดิวเซอร์อาจเป็นพอร์ตเดียวเมื่อมองจากโดเมนไฟฟ้า แต่หากใช้คำจำกัดความของพอร์ต ที่ครอบคลุมมากขึ้น ทรานสดิวเซอร์จะเป็นแบบสองพอร์ต ตัวอย่างเช่น แอคทูเอเตอร์เชิงกลมีหนึ่งพอร์ตในโดเมนไฟฟ้าและหนึ่งพอร์ตในโดเมนเชิงกล^{[ 6 ]} ทรานสดิวเซอร์สามารถวิเคราะห์ได้เป็นเครือข่ายสองพอร์ตในลักษณะเดียวกับพอร์ตสองพอร์ตทางไฟฟ้า นั่นคือ โดยใช้สม การพีชคณิต เชิงเส้น คู่หนึ่งหรือ เมทริกซ์ฟังก์ชันถ่ายโอน 2×2 อย่างไรก็ตาม ตัวแปรที่พอร์ตทั้งสองจะแตกต่างกัน และพารามิเตอร์สองพอร์ตจะเป็นส่วนผสมของโดเมนพลังงานสองโดเมน ตัวอย่างเช่น ในตัวอย่างแอคทูเอเตอร์ พารามิเตอร์ z จะประกอบด้วยอิมพีแดนซ์ไฟฟ้าหนึ่งตัวอิมพีแดนซ์เชิงกล หนึ่งตัว และทรานส์ อิมพีแดนซ์สองตัว ซึ่งเป็นอัตราส่วนของตัวแปรไฟฟ้าหนึ่งตัวและตัวแปรเชิงกลหนึ่งตัว^{[ 8 ]}

• Won Y. Yang, Seung C. Lee, Circuit Systems with MATLAB and PSpice , John Wiley & Sons, 2008 ISBN 0470822406.
• แฟรงค์ กุสตราว, วิศวกรรมคลื่นวิทยุและไมโครเวฟ: พื้นฐานของการสื่อสารไร้สาย , สำนักพิมพ์จอห์น ไวลีย์ แอนด์ ซันส์, 2012 ISBN 111834958X.
• ปีเตอร์ รัสเซอร์, แม่เหล็กไฟฟ้า, การออกแบบวงจรไมโครเวฟและเสาอากาศสำหรับวิศวกรรมการสื่อสาร , สำนักพิมพ์อาร์เทคเฮาส์, 2003 ISBN 1580535321.
• เฮอร์เบิร์ต เจ. คาร์ลิน และ ปิแอร์ เปาโล ซิวัลเลรี, การออกแบบวงจรไวด์แบนด์ , สำนักพิมพ์ CRC, 1997 ISBN 0849378974.
• Dean Karnopp, Donald L. Margolis, Ronald C. Rosenberg, System Dynamics , Wiley, 2000 ISBN 0471333018.
• Wolfgang Borutzky, ระเบียบวิธีกราฟบอนด์ , Springer 2009 ISBN 1848828829.
• Leo Leroy Beranek, Tim Mellow, Acoustics: Sound Fields and Transducers , Academic Press, 2012 ISBN 0123914213.